[더테크=조재호 기자] KAIST가 이차원 반도체의 수평 성장 성질을 이용해 간편한 산화물, 금속 등의 10나노미터 이하 기술을 개발했다.

KAIST는 신소재공학과 강기범 교수 연구팀과 고려대학교 김용주 교수 연구팀이 미세 패터닝 기술을 공동 개발했다고 28일 밝혔다.

물질 증착, 패터닝, 식각 등 복잡한 과정들이 필요했던 기존 반도체 공정과는 달리 원하는 영역에서만 선택적으로 물질을 바로 증착하는 기술은 공정을 획기적으로 줄일 수 있는 차세대 기술로 주목받고 있다.

특히 현재의 실리콘을 대체할 차세대 이차원 반도체에서 이런 선택적 증착 기술 개발이 핵심 요소기술로 중요성이 더욱 커지고 있다.

강 교수 연구팀은 차세대 반도체 물질로 주목받는 이차원 전이금속 ‘칼코겐’ 물질의 독특한 결정학적 특징을 패터닝 기술에 접목했다. 일반적인 물질과 달리 이차원 물질은 성장 시 수평 방향으로만 자랄 수 있기 때문에 서로 다른 이차원 물질을 반복적으로 성장해 10나노미터 이하 수준의 이차원 반도체 선형 패턴을 제작할 수 있다.

이러한 선형 패턴에 다양한 물질(산화물, 금속, 상변환 물질)을 성장할 때 한 영역 위에서만 선택해 증착되는 현상을 최초로 발견했다. 해당 기술을 통해 타깃 물질 패턴 크기의 축소와 이차원 반도체의 소자 제작 공정 효율성 증대 등을 기대할 수 있다.

일반적으로 선형 패턴의 크기는 이차원 물질 합성에 사용되는 기체 상태 분자들의 유입 시간으로 결정된다. 해당 연구에서는 약 1초당 1나노미터의 패턴 크기를 형성할 수 있기에 기존 광 기반 패터닝 기술에 비해 효과적으로 크기를 줄일 수 있다.

연구팀이 개발한 선택 증착 기술은 선폭 10나노미터 수준의 좁은 패턴에서도 원하는 물질이 한 영역 위에서만 선택 증착됐으며 기존 기술과는 달리 두께 20나노미터 이상에서도 선택적 증착이 가능했다.

이번 기술은 다양한 물질에서 적용될 수 있다. 반도체 산업에서 소자 제작에 필수로 활용되는 고유전율 절연체(산화 알루미늄, 산화 하프늄)와 전극 금속(루테늄) 등의 선택 증착이 확인됐다.

이러한 물질 확장성은 연구팀이 제시한 새로운 선택 증착 메커니즘에 의해 가능한 것으로 알려졌으며 추후 더 넓은 응용 기술 개발에 활용될 것으로 기대된다.

연구팀의 기술은 차세대 물질인 이차원 반도체 기반에서 적용되기에 이차원 반도체에 효과적으로 게이트 절연체, 전극의 형성을 도울 것으로 기대된다.

이는 향후 이차원 반도체가 실리콘을 대체할 때 핵심 요소기술로 작용할 것이며 한국에서 가장 중요한 연구 분야인 반도체 시장에서 활발히 응용될 수 있다.